一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构的制作方法

1.本发明涉及能源动力领域，应用于涡轮叶片的榫齿连接结构，尤其涉及一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构。


背景技术：

2.在燃气轮机中，榫齿连接结构应用十分广泛，其中枞树形榫齿连接结构具有材料利用合理、拆装方便等优点，因此多应用在涡轮叶片-轮盘连接结构中。在燃气轮机运行时，榫接结构会受到包括叶片离心力、热应力、气动力以及振动应力等复杂载荷的作用，应力状态非常复杂。若结构设计不合理，结构内会产生严重的应力集中，容易出现疲劳裂纹甚至断裂。
3.在传统涡轮叶片的榫齿连接结构中，叶片榫齿工作面以及轮盘榫槽工作面都是平面结构，这导致在叶片榫齿工作面边缘位置的应力集中现象明显，易产生裂纹，对叶片的可靠性影响较大，为了解决该难题，本发明专利提出了一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构，创新性的将叶片的榫齿工作面边缘位置改为坡角结构，使得涡轮叶片在工作过程中，让榫齿工作面的中间部位承受载荷，而叶片榫齿工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，大幅降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。
4.除此之外，本发明专利提出的一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构，具有结构简单、安装方便、结构可靠性高的特点。


技术实现要素：

5.本发明专利提供一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构，创新性的将叶片的榫齿工作面边缘位置改为坡角结构，使得涡轮叶片在工作过程中，让榫齿工作面的中间部位承受载荷，而叶片榫齿工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，大幅降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力集中现象，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。
6.本发明的目的是这样实现的：涡轮叶片通过榫齿结构与轮盘榫槽结构相连接，所述榫齿结构的工作面为对称式结构，且至少有两对工作面，每个工作面的边缘位置设置为坡角结构。
7.本发明还包括这样一些结构特征：
8.1.坡角结构长度为a，a≥榫齿长度*10％；角度为b，b≤1.5
°
9.2.所述工作面有6个，共3对。
10.3.涡轮叶片在工作过程中，榫齿工作面的中间部位承受载荷，工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：涡轮叶片与涡轮轮盘通过榫齿-榫槽结构
进行连接，工作过程中，以6个工作面为例，叶片榫齿上的6个工作面与轮盘榫槽上的6个工作面接触，通过6个工作面传递载荷，完成燃气驱动转子旋转的作用。传统榫齿工作面及榫槽工作面均为平面，涡轮工作时，为6个平面相互接触。本发明提出的一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构在边缘位置设置有坡角结构，工作时，叶片榫齿工作面的中间部位与轮盘榫槽的工作面接触，叶片榫齿工作面两侧与榫槽工作面保留一定间隙，大幅降低涡轮叶片榫齿边缘位置的应力集中情况，改善了叶片的榫齿受力状态，提高了叶片榫齿的可靠性及安全性。
附图说明
12.图1为叶片-轮盘连接结构示意图；
13.图2为叶片三维结构示意图；
14.图3为叶片三维结构示意图(正视图)；
15.图4为叶片榫齿结构a-a剖视图；
16.图5为榫齿工作面b-b剖视图。
具体实施方式
17.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
18.结合图1-5，涡轮叶片通过榫齿结构与轮盘榫槽结构相连接，所述榫齿结构的工作面为对称式结构，且至少有两对工作面，每个工作面的边缘位置设置为坡角结构。榫齿结构上的工作面数量、布置形式可以不同；坡角尺寸可以不同。
19.结合附图给出本发明的实施例：本发明所述一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构，主要用于叶片1与轮盘2的连接位置，连接结构如图1所示，涡轮叶片1通过榫齿结构与轮盘2榫槽结构相连接，用于力与扭矩的传递。涡轮叶片1主要由叶身3、缘板4、伸根5、榫齿6、密封齿7组成，叶片三维结构如图2、图3所示。榫齿6结构剖面图如图4所示，在榫齿6结构中共有6处工作面。为了使得受力均匀，6处工作面设置为对称式分布状态。本发明所述应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面结构如图5所示，坡角结构长度为a，角度为b，将原有接触面的长度减小了2a，在2a范围内不与轮盘工作接触，降低了该位置的应力集中，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。
20.上述的坡角结构长度为a，a≥榫齿长度*10％；角度为b，b≤1.5
°
。
21.综上，本发明专利提出了一种应用于涡轮叶片的新型带坡角接触面的榫齿结构，主要用于涡轮叶片与轮盘的连接位置，创新性的将叶片的榫齿工作面边缘位置改为坡角结构，使得涡轮叶片在工作过程中，让榫齿工作面的中间部位承受载荷，而叶片榫齿工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，大幅降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。本发明专利提出的一种应用于动力涡轮叶片的新型弧形接触面的榫齿结构，具有结构简单、调整自由度大、安装方便、结构可靠性高的特点。


技术特征：
1.一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，涡轮叶片通过榫齿结构与轮盘榫槽结构相连接，其特征在于：所述榫齿结构的工作面为对称式结构，且至少有两对工作面，每个工作面的边缘位置设置为坡角结构。2.根据权利要求1所述的一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，其特征在于：坡角结构长度为a，a≥榫齿长度*10％；角度为b，b≤1.5
°
。3.根据权利要求1或2所述的一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，其特征在于：所述工作面有6个，共3对。4.根据权利要求1或2所述的一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，其特征在于：涡轮叶片在工作过程中，榫齿工作面的中间部位承受载荷，工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。5.根据权利要求3所述的一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，其特征在于：涡轮叶片在工作过程中，榫齿工作面的中间部位承受载荷，工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。

技术总结
本发明提供一种应用于涡轮叶片的带坡角接触面的榫齿结构，主要用于涡轮叶片与轮盘的连接位置，创新性的将叶片的榫齿工作面边缘位置改为坡角结构，使得涡轮叶片在工作过程中，让榫齿工作面的中间部位承受载荷，而叶片榫齿工作面的边缘位置与轮盘榫槽工作面之间保留一定间隙，大幅降低涡轮叶片榫齿工作面边缘位置的应力水平，降低在边缘位置发生裂纹的可能性，提高涡轮叶片的可靠性。本发明专利提出的一种应用于动力涡轮叶片的新型弧形接触面的榫齿结构，具有结构简单、调整自由度大、安装方便、结构可靠性高的特点。结构可靠性高的特点。结构可靠性高的特点。


技术研发人员：李宗全 安仲玉 牛夕莹 李越 林洪飞 马涛 马晓红
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/10/11